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암흑물질성

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1. 개요

암흑별은 일반적인 물질과 암흑 물질로 구성된 가상의 별로, 암흑 물질 입자 간의 소멸 반응을 통해 열을 생성한다. 이 열은 별의 중력 붕괴를 막아 핵융합을 억제하며, 반지름이 최대 960 천문 단위에 달하는 거대한 분자 구름 형태로 존재할 것으로 예측된다. 암흑별은 감마선, 중성미자, 반물질을 방출하여 감지될 수 있으며, 2023년 제임스 웹 우주 망원경으로 발견된 초기 우주의 극도로 적색편이된 천체들이 암흑별의 후보로 제시되었다. 이 후보들은 수십만에서 백만 태양 질량의 질량과 수십억 태양 광도, 그리고 현대의 가장 큰 별보다 훨씬 큰 크기를 가질 것으로 추정된다.

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암흑물질성
암흑성 (암흑 물질)
유형가설적인 별
구성일반 물질, 암흑 물질
에너지 원천암흑 물질 소멸
수명수십억 년
질량1 ~ 1000 태양 질량
특징더 크고, 더 차갑고, 더 밝음
이론적 중요성최초의 별 형성, 암흑 물질 연구

2. 성질

암흑별은 현대의 별과 같이 주로 일반적인 물질로 구성되지만, 내부에 존재하는 높은 농도의 중성미자 암흑 물질은 암흑 물질 입자 간의 소멸 반응을 통해 열을 생성한다. 이 열은 그러한 별들이 현대의 별과 같이 상대적으로 작고 밀도가 높은 크기로 중력 붕괴하는 것을 막고, 따라서 '일반' 물질 원자 간의 핵융합이 시작되는 것을 막는다.[1]

이 모델에 따르면, 암흑별은 반지름이 1~960 천문 단위(AU)에 달하는 거대한 분자 수소와 헬륨 구름으로 예측되며, 그 표면 온도는 약 10000 켈빈(K)이다. 시간이 지남에 따라 성장하여 에 달하는 질량에 도달할 것으로 예상되지만, 이를 유지하는 데 필요한 암흑 물질을 소진한 후에는 붕괴될 것이다.[1][4][2]

3. 예상되는 암흑별 후보

2023년 4월, 제임스 웹 우주 망원경으로 발견된 극도로 적색편이된 천체 중 일부가 암흑별 후보로 제시되었다.[5] JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0, JADES-GS-z11-0 등이 후보로 거론된다. 이 천체들은 점광원과 일치하며, 이 시기에 이처럼 엄청난 거리와 적색편이(z = 10–13)에서 관측될 만큼 밝을 수 있는 유일한 점광원은 암흑 물질 소멸에 의해 에너지를 공급받는 초기 우주의 초대질량 암흑별일 가능성이 있다고 제시했다.[5]

3. 1. 후보 천체의 특징 (예상)

2023년 4월, 제임스 웹 우주 망원경으로 발견된 극도로 적색편이된 천체 4개에 대한 연구가 진행되었다.[5] 이 중 JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0, JADES-GS-z11-0 3개는 점광원과 일치했으며, 이 시기(z = 10–13)에 이 정도 거리에서 관측될 만큼 밝은 점광원은 암흑 물질 소멸로 에너지를 얻는 초기 우주의 초대질량 암흑별일 가능성이 제기되었다.[5]

이 천체들의 스펙트럼 분석 결과, 다음과 같은 특징이 추정되었다.[5]

특징
질량50만 ~ 100만 태양 질량 (M|엠영어)
광도수십억 태양 광도 (L|엘영어)
반지름10,000 태양 반지름 (R|알영어) 이상 (현대 가장 큰 별보다 훨씬 큼)


4. 현대 우주에서의 존재 가능성

암흑별이 현대 시대까지 살아남았을 가능성은 희박하지만, 감마선, 중성미자, 반물질 방출로 감지할 수 있으며, 일반적으로 그렇게 에너지가 높고 극단적이며 희귀한 입자를 품지 않는 차가운 분자 수소 가스 구름과 연관될 것이다.[3][4]

참조

[1] 논문 Dark Matter and the First Stars: A New Phase of Stellar Evolution
[2] 논문 Dark Stars: A Review 2016-06-01
[3] 간행물 Dark matter powered the first stars, physicists speculate http://www.ns.umich.[...] University of Michigan 2007-12-02
[4] 웹사이트 'Dark stars' may have populated early universe https://physicsworld[...] 2007-12-06
[5] 논문 Supermassive Dark Star candidates seen by JWST 2023-04-03



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